任月慧，馬小龍，馬宗瑞，岳 瑋，魯 暢

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

0 引言

當前在型號中廣泛應(yīng)用的地面測發(fā)控系統(tǒng)，在以太網(wǎng)技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上，由傳統(tǒng)的近端地下室控制改為了遠程控制模式，將地面設(shè)備分別部署在近端地下室和后端測發(fā)控大廳，前后端設(shè)備通過光纖連接大幅度提升了測發(fā)控系統(tǒng)的自動化測試水平。但由于研制之初火箭各系統(tǒng)地面設(shè)備分開獨立研制配套，導(dǎo)致設(shè)備各系統(tǒng)定制化程度過高，因而系統(tǒng)的設(shè)備和規(guī)模龐大，參與測試與發(fā)射的崗位人員多，從而導(dǎo)致使用維護成本高［1］。

運載火箭統(tǒng)型地面測發(fā)控系統(tǒng)的設(shè)計是從頂層需求出發(fā)，實現(xiàn)設(shè)備集成化、測試流程一體化、信息一體化的測發(fā)控系統(tǒng)。按照資源整合、簡化地面設(shè)備規(guī)模、提升信息應(yīng)用效率原則，采用設(shè)備模塊化，通過積木式組合和箭地接口適配更換以滿足不同型號地面測發(fā)控需求［2］。統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)利用云平臺技術(shù)，將原分散的服務(wù)器、數(shù)據(jù)進行資源整合和集中管理，為實現(xiàn)運載火箭一體化發(fā)射指揮模式奠定了基礎(chǔ)。

1 統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)技術(shù)體制

統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)按照統(tǒng)一規(guī)劃系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)體制、設(shè)備接口及產(chǎn)品狀態(tài)的原則，全面開展了通用化、標準化設(shè)計。產(chǎn)品設(shè)計中貫徹產(chǎn)品化思路，實現(xiàn)“系統(tǒng)功能模塊化、模塊設(shè)計通用化、型號使用菜單化”。在技術(shù)特征上可以歸納為“全箭統(tǒng)一測發(fā)控、統(tǒng)一供配電、射頻綜合、后端云平臺”。

統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)按照功能可以劃分為5 個部分（見圖1），分別為供電子系統(tǒng)、有線測控子系統(tǒng)、無線測控子系統(tǒng)、數(shù)傳通信子系統(tǒng)以及測發(fā)控軟件子系統(tǒng)［3］。

圖1 統(tǒng)型測發(fā)控功能劃分示意Fig.1 The functional division of the ground test and launch control system

地面供電主要是在地面測試和發(fā)射過程中為其他測發(fā)控設(shè)備以及箭上設(shè)備供電。

有線測控主要是完成測試與發(fā)射控制中的供配電、關(guān)鍵地測參數(shù)采集以及發(fā)射流程的控制。

無線測控主要是完成測試與發(fā)射控制中的遙測數(shù)據(jù)采集以及無線設(shè)備的供配電。

數(shù)傳通信也叫總體網(wǎng)，是連接測發(fā)控系統(tǒng)前后端設(shè)備的樞紐，用于發(fā)送后端測發(fā)控的指揮控制指令，接受前端的有線和無線數(shù)據(jù)。

測發(fā)控軟件是根據(jù)測試與發(fā)控的流程，完成運載火箭控制指令的發(fā)送、有線數(shù)據(jù)和無線數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)據(jù)和狀態(tài)量的處理及存儲［4］。

2 統(tǒng)型測發(fā)控指揮模式設(shè)計

地面測發(fā)控系統(tǒng)從發(fā)射控制功能上分為指揮控制、數(shù)據(jù)處理兩個部分。地面測發(fā)控系統(tǒng)指揮控制作為火箭測試和發(fā)射的中心，是由前端地面設(shè)備和后端測發(fā)控大廳地面設(shè)備組成，完成對火箭各項測試以及發(fā)射控制。數(shù)據(jù)處理是在火箭分系統(tǒng)、總檢查測試和發(fā)射中實時顯示數(shù)據(jù)，為設(shè)計師系統(tǒng)的終端提供實時瀏覽各類信息以及事后數(shù)據(jù)回放處理的功能，用于事后數(shù)據(jù)分析和結(jié)果確認，為火箭狀態(tài)判斷提供決策支持［5-6］。

按照擺放位置的不同，統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)可分為3部分：a）后端位于發(fā)射指揮大廳，根據(jù)火箭發(fā)射流程發(fā)送指揮命令給前端設(shè)備并接收前端設(shè)備反饋的狀態(tài)、有線數(shù)據(jù)和無線數(shù)據(jù)，然后實時顯示；b）前端一般位于火箭發(fā)射塔架附近或地下室，主要由有線測控和無線測控系統(tǒng)組成，接收后端測發(fā)控指令并輸出箭上供配電控制、有線數(shù)據(jù)采集、程序裝訂等動作，將狀態(tài)量與采集結(jié)果發(fā)送到后端；c）通信線路主要完成程序裝訂、箭地間總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)組成見圖2。據(jù)此開展統(tǒng)型測發(fā)控一體化指揮控制方案設(shè)計。

圖2 統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)組成Fig.2 Composition block of the ground test and launch control system

2.1 一體化指揮控制方案

運載火箭指揮控制系統(tǒng)包括前端放置的有線測控設(shè)備、無線測控設(shè)備、指揮控制微機、數(shù)據(jù)監(jiān)測微機以及前后端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

參與指揮控制微機包括一體化指揮控制微機、控制系統(tǒng)指揮控制微機、測量系統(tǒng)指揮控制微機、動力系統(tǒng)指揮控制微機。

指揮控制部分的信息流包括系統(tǒng)指揮口令下達、動作指令通過后端傳送至前端設(shè)備、測試數(shù)據(jù)從前端設(shè)備回傳至后端，詳見圖3。

圖3 指揮控制信息流示意Fig.3 Command and control flow chart

在分系統(tǒng)測試階段，由各系統(tǒng)的指揮控制微機獨立完成指揮控制測試進程，將測試信息傳到一體化集成的數(shù)據(jù)服務(wù)器上。各系統(tǒng)指揮控制軟件同時具備獨立操作的功能。

火箭進入總檢查和發(fā)射階段，一體化指揮微機接收基地C3I系統(tǒng)或火箭指揮發(fā)送的指揮口令，一體化指揮軟件按照指揮口令及預(yù)先配置的測控指令自動向各系統(tǒng)前端設(shè)備發(fā)送控制指令，實現(xiàn)一體化指揮直接對前端設(shè)備的控制。在實際應(yīng)用時，為穩(wěn)妥可靠，鑒于控制系統(tǒng)指令在發(fā)射控制流程中的重要性，控制系統(tǒng)測試發(fā)射指令由一體化指揮控制微機發(fā)出，經(jīng)控制系統(tǒng)指揮控制微機自動轉(zhuǎn)發(fā)至控制系統(tǒng)前端及箭上設(shè)備。例如，在點火時刻，一體化指揮控制微機發(fā)出點火指令后，控制系統(tǒng)指揮控制微機需要手動確認，并轉(zhuǎn)發(fā)至前端完成火箭點火。

在總檢查和發(fā)射階段，各系統(tǒng)的一體化指揮控制軟件界面為禁用狀態(tài)，無法直接操作，但可對系統(tǒng)參數(shù)進行監(jiān)測。

正常測試發(fā)射過程中，前后端設(shè)備將測試進程信息、測試數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和遙測數(shù)據(jù)發(fā)送到一體化數(shù)據(jù)服務(wù)器上并在數(shù)據(jù)監(jiān)測微機上顯示。

當出現(xiàn)故障時，一體化指揮控制微機向各分系統(tǒng)指揮控制微機發(fā)送系統(tǒng)解鎖指令，各分系統(tǒng)指揮控制微機界面操作控件解鎖，分系統(tǒng)用戶可以操作進行分系統(tǒng)測試或系統(tǒng)排除故障工作，通過各分系統(tǒng)軟件向前端設(shè)備發(fā)送控制指令。

2.2 一體化指揮控制軟件研制

原運載火箭各系統(tǒng)分別采用各自獨立的地面測發(fā)控軟件，測試數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息分散在各系統(tǒng)內(nèi)部，給數(shù)據(jù)共享帶來很大難度。

統(tǒng)型測發(fā)控軟件系統(tǒng)采用云平臺技術(shù)特有的分布開放式共享資源，按需獲取計算能力、存儲空間和信息服務(wù)，可大幅提高計算、存儲和數(shù)據(jù)分析能力，改變了傳統(tǒng)以服務(wù)器和PC 為中心的應(yīng)用模式?；谠破脚_技術(shù)的運行平臺構(gòu)建在高速傳輸前端與后端網(wǎng)絡(luò)平臺上，將后端服務(wù)器、工作站等計算機運算資源一體化設(shè)計。取消各系統(tǒng)獨立的服務(wù)器和工作站，通過服務(wù)器組與磁盤陣列，采用虛擬化集成技術(shù)進行運算資源一體化設(shè)計，同時采用“桌面云”技術(shù)實現(xiàn)各系統(tǒng)瘦客戶機終端訪問服務(wù)。

統(tǒng)型測發(fā)控軟件從功能上劃分，主要由一體化指揮軟件和數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件組成?；谠破脚_的應(yīng)用，一體化指揮軟件從型號頂層需求制定統(tǒng)一的測試流程，采用統(tǒng)一平臺構(gòu)建，通過一套平臺化軟件，實現(xiàn)了集多個傳統(tǒng)分系統(tǒng)的指揮控制、顯示、判讀、分析等功能于一體的目標。一體化測發(fā)控軟件系統(tǒng)在功能上可代替現(xiàn)有的控制系統(tǒng)地面軟件，利用系統(tǒng)地面軟件、總體網(wǎng)系統(tǒng)地面軟件、動力系統(tǒng)地面軟件，完成系統(tǒng)指揮流程調(diào)度、測發(fā)控邏輯控制、指揮指令發(fā)送以及參數(shù)信息接收顯示及轉(zhuǎn)發(fā)等工作。根據(jù)不同測試階段和項目，配置成不同的軟件界面，完成指定的測發(fā)控功能。

一體化指揮控制軟件分為主控和副控。在主控軟件正常工作狀態(tài)下，副控軟件不發(fā)出控制指令。在主控軟件失效的情況下，副控軟件通過自動切換接管控制權(quán)完成相應(yīng)的測控功能。

數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件系統(tǒng)可實時監(jiān)測火箭箭上各系統(tǒng)及關(guān)鍵單機的狀態(tài)，使設(shè)計人員減少重復(fù)、繁重的數(shù)據(jù)判讀以及故障分析和排查工作，避免了重復(fù)性的產(chǎn)品維護，進一步提高了運載火箭測試、發(fā)射和產(chǎn)品維護效率。

3 統(tǒng)型測發(fā)控一體化指揮控制優(yōu)化應(yīng)用

目前火箭測發(fā)控系統(tǒng)后端各系統(tǒng)為獨立研制，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，設(shè)備規(guī)模龐大，維護與操作人員多，系統(tǒng)間溝通口令繁瑣［7］。國產(chǎn)化云平臺虛擬化技術(shù)在運載火箭測試發(fā)射的應(yīng)用解決了上述問題，優(yōu)化了測試與發(fā)射操作人員人數(shù)及操作時間。

統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)后端大廳布局見圖4。

圖4 統(tǒng)型測發(fā)控后端發(fā)控大廳位置預(yù)示Fig.4 Location indication of the rear control hall

指揮模式實際應(yīng)用為：

a）后端大廳操作手優(yōu)化為一人，在總檢查和發(fā)射的測發(fā)控流程中保留各系統(tǒng)指揮，指揮控制參與人員包括火箭指揮、指揮控制軟件操作手、各系統(tǒng)指揮、各系統(tǒng)前端操作手、各系統(tǒng)箭上操作手；

b）火箭指揮下達口令給一體化指揮控制軟件操作手及各系統(tǒng)指揮，軟件操作手完成原后端所有軟件及硬件操作；

c）各系統(tǒng)指揮向前端及箭上操作手下達操作口令，同時根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件讀取關(guān)鍵信息，向火箭指揮匯報系統(tǒng)工作狀態(tài)；

d）火箭指揮根據(jù)指揮控制軟件操作手和各系統(tǒng)指揮回令進入下一階段工作。

在總檢查和發(fā)射過程中，后端大廳僅有指揮控制軟件操作手，其余人員均通過數(shù)據(jù)瀏覽終端完成火箭測試發(fā)射支持。

4 未來一體化指揮模式

隨著云平臺技術(shù)發(fā)展趨于成熟，云平臺通過虛擬化技術(shù)創(chuàng)造相對穩(wěn)定的高性能運行環(huán)境，可有效避免軟件在中間服務(wù)軟件系統(tǒng)上實際運行時因復(fù)雜運行環(huán)境帶來的不可靠性。

同時數(shù)據(jù)處理具有強大的工作站和大容量物理內(nèi)存，并且有高速固態(tài)硬盤和高性能顯卡的支持，以滿足對數(shù)據(jù)在線處理顯示實時性的要求，進一步提高故障自動診斷效率，解放參試人員。

因此一體化指揮控制軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)在云平臺運行穩(wěn)定后，一體化測試發(fā)射指揮控制取消各分系統(tǒng)指揮，火箭指揮下達口令給指揮控制軟件操作手、前端操作手和箭上操作手，各操作手完成動作后回令。火箭指揮根據(jù)指揮控制軟件操作手回令和數(shù)據(jù)瀏覽監(jiān)測結(jié)果進入下一步工作，進一步縮減測試發(fā)射流程中參試人員的數(shù)量。

通過遠距離測發(fā)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，未來可進一步實現(xiàn)控制中心對火箭的測試與發(fā)射控制。

未來測發(fā)控指揮控制模式見圖5。

圖5 未來測發(fā)控指揮控制模式Fig.5 Future command and control mode

5 結(jié)束語

統(tǒng)型測發(fā)控系統(tǒng)研制從頂層需求出發(fā)，實現(xiàn)了全箭統(tǒng)一測發(fā)控、統(tǒng)一供配電、射頻綜合、后端云平臺，從而實現(xiàn)了總檢查和發(fā)射指揮控制一體化，優(yōu)化了發(fā)射支持設(shè)計人員的參試時間，進一步提高了測試效率，簡化了使用維護，降低了保障難度，提升了現(xiàn)役液體運載火箭測試發(fā)射能力。